(57)【要約】【課題】  本発明は、自動車の補強部品、足廻り部品など高強度を要求される部品を製造するためのホットプレス成形方法を提供することを目的とする。【解決手段】  鋼板をＡｃ3 変態点以上の温度に加熱し、Ｍｓ点以上Ｍｓ点＋１００℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することを特徴とする耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品の製造方法。また、鋼板をＡｃ3 変態点以上の温度に加熱し、４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、４００℃以上５５０℃以下の温度で５秒以上保定し、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することを特徴とする靭性に優れたホットプレス成形方法。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板をＡC3変態点以上の温度に加熱し、Ｍｓ点以上Ｍｓ点＋１００℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することを特徴とするホットプレス成形方法。
【請求項２】
鋼板をＡC3変態点以上の温度に加熱し、４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、４００℃以上５５０℃以下の温度で５秒以上保定し、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することを特徴とするホットプレス成形方法。
【請求項３】
鋼板が亜鉛メッキ鋼板またはアルミメッキ鋼板または亜鉛−アルミ合金メッキ鋼板であることを特徴とする請求項１または２記載のホットプレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の補強部品、足廻り部品など高強度を要求される部品を製造するためのホットプレス成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への対応のため炭酸ガス排出低減や燃費低減を目的に自動車の軽量化が望まれている。自動車の軽量化のためには鋼材の高強度化が有効な手段であるが、一般に鋼材を高強度化するほど成形性が劣化し、成形時の割れが問題となる。また、鋼材を高強度化するほど成形後のスプリングバック量が増大し、形状凍結性の劣化も大きな問題となっている。
【０００３】
このような問題点を解決する方法として、最近注目されているのがホットプレス成形方法である。これは、鋼板をＡｃ3 変態点以上に加熱し、オーステナイト単相状態でプレス成形し、金型への抜熱を利用して急冷して焼き入れることで、高強度で寸法精度の良好な成形品を製造するものである。しかし、大気中で高温加熱するので表面に酸化物が生成するため後工程でこれを除去する必要があり生産性を低下させるという問題があった。例え鋼板を非酸化性雰囲気で加熱しても加熱炉から取り出してプレス機にセットする間に表面に酸化物が生成するため同様の問題があった。
【０００４】
このような問題を解決する手段として、特開２００１−３５３５４８号公報（特許文献１）には亜鉛または亜鉛ベース合金化合物または亜鉛−鉄ベース合金化合物または亜鉛−鉄−アルミニウムベース合金化合物で表面を被覆する技術が提案されている。これらの技術により、酸化物に関する問題は改善されつつある。一方、最近では一部の自動車用補強部品などでは引張強度１５００ＭＰａ超級の鋼材が使われつつあり、このような高強度のホットプレス成形品に対するニーズが高まっている。
【０００５】
しかしながら、ホットプレス成形方法で製造できるプレス成形品の引張強度は１５００ＭＰa程度が限界であり、それ以上高強度化すると焼き割れや置き割れが発生するという問題があった。以後、焼き入れ直後には割れず焼き入れ後任意の時間経過後に引張残留応力部への鋼中水素の集積によって起こる置き割れも広義の焼き割れに含める。また、従来のホットプレス成形方法ではホットプレス成形品の組織はマルテンサイト組織主体であり、靭性が低いという問題があった。靭性を改善するためには後工程で焼戻し処理を行えばよいがコスト増になるという問題がある。
以上のように、従来の技術では、１５００ＭＰａ以上の引張強度を有し耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品や靭性に優れたホットプレス成形品を製造することは困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５３５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記したような問題点を解決しようとするものであって、１５００ＭＰａ以上の引張強度を有し耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品と靭性に優れたホットプレス成形品、及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、成分の異なる種々の素材について、ホットプレス成形時の耐焼き割れ性を改善するための方法について成分と製造法の両面から研究を重ねた結果、通常のホットプレス成形方法では焼き割れが発生してしまうような高Ｃ材でも、鋼板をＡｃ3 変態点以上の温度に加熱し、Ｍｓ点以上Ｍｓ点＋１００℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することにより、焼き割れを起こすことなくマルテンサイトまたは焼戻しマルテンサイトの含有率を面積率にて９０％以上とすることができ、１５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下の引張強度を確保しかつ焼き割れの発生を防止できることを知見した。
【０００９】
また、本発明者らは、成分の異なる種々の素材について、ホットプレス成形後の成形品の靭性を改善するための方法について成分と製造法の両面から研究を重ねた結果、鋼板をＡｃ3 変態点以上の温度に加熱し、４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、４００℃以上５５０℃以下の温度で５秒以上保定し、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することにより、ベイナイトの含有率を面積率にて７０％以上とすることができ、成形品の靭性を大幅に改善できることを知見した。
【００１０】
本発明はこのような知見に基づいて構成したものであり、その発明の要旨は、
（１）鋼板をＡｃ3 変態点以上の温度に加熱し、Ｍｓ点以上Ｍｓ点＋１００℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することを特徴とするホットプレス成形方法。
（２）鋼板をＡｃ3 変態点以上の温度に加熱し、４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、４００℃以上５５０℃以下の温度で５秒以上保定し、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却することを特徴とするホットプレス成形方法。
（３）鋼板が亜鉛メッキ鋼板またはアルミメッキ鋼板または亜鉛−アルミ合金メッキ鋼板であることを特徴とする前記（１）または（２）記載のホットプレス成形方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１５００ＭＰａ以上の引張強度を有し耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品と靭性に優れたホットプレス成形品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明における各要件の意義及び限定理由について具体的に説明する。
まず、ホットプレス成形方法の限定理由について述べる。
本発明のうち耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品の製造方法においては、鋼板をＡｃ3 変態点以上の温度に加熱し、Ｍｓ点以上Ｍｓ点＋１００℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却する。鋼板の加熱温度がＡｃ3 変態点未満であれば焼き入れ前の組織がオーステナイトとフェライトの二層組織となるため焼き入れ後にマルテンサイトまたは焼戻しマルテンサイト主体の組織とすることができず引張強度１５００ＭＰａ以上を確保することが困難となるため、鋼板の加熱温度はＡｃ3 変態点以上とした。
【００１３】
プレス成形前の金型温度がＭｓ点未満であればプレス成形時に鋼板がＭｓ点未満まで急冷されマルテンサイト変態が生じるが、オーステナイト単相温度域から一気にマルテンサイト変態温度域まで冷却されるので成形品内の温度の不均一性が大きくなり、マルテンサイト変態時に局部的に大きな引張応力が発生するため、特にマルテンサイト変態時に膨張量の大きい高Ｃ材では焼き割れが生じる。一方、金型温度がＭｓ点＋１００℃超であれば、ベイナイト変態などが進むため焼き入れ後にマルテンサイトまたは焼戻しマルテンサイト主体の組織とすることができず引張強度１５００ＭＰａ以上を確保することが困難となる。従って、金型温度はＭｓ点以上Ｍｓ点＋１００℃以下の温度に制限した。尚、Ｍｓ点温度は、以下（１）式（出典：鉄鋼材料、日本金属学会）により求める。
Ｍｓ（℃）＝５５０−３６１×（％Ｃ）−３９×（％Ｍｎ）−３５×（％Ｖ）−２０×（％Ｃｒ）−１７×（％Ｎｉ）−１０×（％Ｃｕ）−５×（％Ｍｏ＋％Ｗ）＋１５×（％Ｃｏ）＋３０×（％Ａｌ）                                          （１）
【００１４】
プレス成形後、成形品内の温度の不均一性を低減してマルテンサイト変態時に発生する変態応力をできるだけ低減するために、室温まで空冷以下の速度で冷却する。冷却速度は好ましくは０．５℃／秒以下とする。一方、冷却速度の下限は特に定めないが、生産性の観点から、０．０５℃／秒以上とすることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のうち靭性に優れたホットプレス成形品の製造方法においては、鋼板をＡｃ3 変態点以上の温度に加熱し、４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い、４００℃以上５５０℃以下の温度で５秒以上保定し、続いて室温まで空冷以下の速度で冷却する。鋼板の加熱温度がＡｃ3 変態点未満であれば焼き入れ前の組織がオーステナイトとフェライトの二層組織となるため焼き入れ後にベイナイト主体の組織とすることができず高強度と高靭性を同時に確保することが困難となるため、鋼板の加熱温度はＡｃ3 変態点以上とした。
【００１６】
プレス成形前の金型温度が４００℃未満であればベイナイト変態が十分に進まずプレス後の冷却仮定でマルテンサイトが生成して靭性が劣化する。一方、金型温度が５５０℃超であればフェライト変態が進行して十分な強度が得られない。従って、金型温度は４００℃以上５５０℃以下の温度に制限した。
【００１７】
プレス成形後、ベイナイト変態を十分に進めるために４００℃以上５５０℃以下の温度で５秒以上保定する。より望ましくは１０秒以上保定する。保定温度を４００℃以上５５０℃以下とするのは金型温度を同じ温度に制限したのと同じ理由である。保定温度を５秒以上としたのはベイナイト変態を十分に進行させてベイナイト主体の組織とするためである。より望ましくは１０秒以上保定する。なお、４００℃以上５５０℃以下の温度で保定する方法についてはプレス後に炉に挿入する方法や保熱カバーで覆う方法など特に規定するものではない。プレス成形後、未変態の残留オーステナイトがマルテンサイトに変態するのを防止するために、室温まで空冷以下の速度で冷却する。
【００１８】
次に本発明におけるホットプレス成形品の組織形態について述べる。
本発明のうち引張強度が１５００ＭＰａ以上であることを特徴とする耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品の組織はマルテンサイトまたは焼戻しマルテンサイトの含有率が面積率にて９０％以上とすることが望ましい。マルテンサイトまたは焼戻しマルテンサイトの含有率が面積率にて９０％未満であれば引張強度１５００ＭＰａを確保するためにはＣ量を大幅に増大する必要があり上記のホットプレス成形方法を用いても焼き割れを防止することが困難であるからである。また、面積率でベイナイト、残留オーステナイト、フェライト、パーライトの１種又は２種以上が面積率で１０％未満存在していても何ら差し支えがない。
【００１９】
また、本発明のうち靭性に優れたホットプレス成形品の組織形態はベイナイトの含有率が面積率にて７０％以上とすることが望ましい。ベイナイトの含有率が面積率にて７０％未満であると、残部がフェライト主体に場合には十分な強度が得られず、残部がマルテンサイト主体の場合には十分な靭性が得られないためである。また、面積率でマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイト、フェライト、パーライトの１種又は２種以上が面積率で３０％未満存在していても何ら差し支えがない。
尚、本発明において、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト、フェライト、残留オーステナイト、パーライトの各組織の面積率は鋼板のＣ断面ｔ／４部を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡により２００〜１０００倍で１０視野観察した場合の平均値と定義する。
【００２０】
次に、本発明におけるホットプレス成形品の素材鋼板について説明する。
本発明のホットプレス成形品の素材鋼板は亜鉛メッキ鋼板またはアルミメッキ鋼板または亜鉛−アルミ合金メッキ鋼板であってもよい。さらに、亜鉛メッキを合金化処理してもまったく問題ない。これらの表面処理鋼板を用いることで大気中での高温加熱時に酸化物の生成を抑制でき酸化物を除去するためのショットブラストなどの後工程を省略できるとともに、ホットプレス後の成形品はそのままで良好な耐食性を発揮できる。
【００２１】
素材鋼板の成分については特に規制するものではないが、引張強度が１５００ＭＰａ以上である耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品用の素材鋼板としては強度確保のためにＣ含有量を０．２％以上とすることが望ましい。また、焼き入れ性を確保するために、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜３．０％、Ｎｉ：０．０５〜５．０％、Ｂ：０．０００３〜０．０５％の１種または２種以上を含有することが望ましい。また、Ｐ、Ｓは靭性を低減するのでＰ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下とすることが望ましい。
【００２２】
また、所望の強度レベルやその他の必要特性に応じて，Ｔｉ：０．００５〜０．３％、Ｎｂ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．０２〜０．５％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｗ：０．０５〜３．０％、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０５％の１種または２種以上を含有してもよい。
次に特性値について述べる。本発明における耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品の引張強度は高強度を要求される自動車の補強部品、足廻り部品として必要な特性を考慮して１５００ＭＰａ以上とすることが望ましい。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例により本発明の効果をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
表１に示す組成を有する鋼Ａを、熱間圧延し、さらに冷間圧延して板厚１．６ｍｍの冷延鋼板を作製した。表１にはＡｃ3 変態点及びＭｓ点も合わせて示す。この鋼板を表２に示す条件でホットプレス成形し、ハット形状に曲げ成形した。プレス成形後、保定することなく、速やかに（１秒以内に）放冷した。ここで、ブランク形状は幅１００ｍｍ×長さ３００ｍｍとし、パンチ型半径＝５ｍｍ、ダイ型半径＝５ｍｍとした。成形後、プレス成形品の焼き割れ発生状況を調べた。また、プレス成形品のビッカース硬度を調べ、引張強度に換算した。さらに、光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡により組織観察を行い、各組織の面積率を測定した。試験結果を表２に合わせて示す。本発明例（Ｎｏ．１）ではマルテンサイトまたは焼戻しマルテンサイトの含有率が面積率にて９０％以上であり、焼き割れは発生せず、かつ１９１１ＭＰａの引張強度（換算値）が得られている。
【００２４】
【表１】
2005177805.tif 000002
【００２５】
一方、加熱温度がＡｃ3 変態点未満である比較例（Ｎｏ．２）では焼き割れは発生していないがフェライトの面積率が高くなっているため１５００ＭＰａ以上の強度は得られていない。また、金型温度がＭｓ点未満である比較例（Ｎｏ.３）では１９５０ＭＰａの引張強度（換算値）が得られているものの焼き割れが生じている。また、金型温度がＭｓ点＋１００℃超である比較例（Ｎｏ．４）では焼き割れは生じていないがベイナイトの面積率が高くなっているため１５００ＭＰａ以上の強度は得られていない。
【００２６】
【表２】
2005177805.tif 000003
【００２７】
（実施例２）
表３に示す組成を有する鋼Ｂを、熱間圧延し、板厚３．０ｍｍの熱延鋼板を作製した。表３にはＡｃ3 変態点及びＭｓ点も合わせて示す。この鋼板を表４に示す条件でホットプレス成形し、ハット形状に曲げ成形した。ここで、ブランク形状は幅１００ｍｍ×長さ３００ｍｍとし、パンチ型半径＝５ｍｍ、ダイ型半径＝５ｍｍとした。成形後、プレス成形品の靭性をシャルピー試験により調べた。シャルピー試験は２．５ｍｍ厚のサブサイズのサンプルを作製して試験を行い延性脆性遷移温度を測定した。また、プレス成形品のビッカース硬度を調べ、引張強度に換算した。さらに、光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡により組織観察を行い、各組織の面積率を測定した。試験結果を表４に合わせて示す。
【００２８】
【表３】
2005177805.tif 000004
【００２９】
本発明例（Ｎｏ．５）ではベイナイトの含有率が面積率にて７０％以上であり、引張強度１０１９ＭＰａ（換算値）に対して延性脆性遷移温度は−４０℃と良好な値が得られている。一方、金型温度が４００℃未満である比較例（Ｎｏ．６）ではマルテンサイトの含有率が高くなっているため引張強度は１５８０ＭＰａと高い値が得られているが延性脆性遷移温度は１０℃となっており靭性が低い。また、金型温度が５５０℃超である比較例（Ｎｏ．７）ではフェライトの面積率が高くなっているため引張強度が６９０ＭＰａと低く、必要な強度が得られていない。
以上より、本発明で示した条件で製造することにより、１５００ＭＰａ以上の引張強度を有し耐焼き割れ性に優れたホットプレス成形品と靭性に優れたホットプレス成形品が得られることが明らかである。
【表４】
2005177805.tif 000005
特許出願人    新日本製鐵株式会社
代理人  弁理士    椎  名    彊  他１